KR930008796B1

KR930008796B1 - 규소를 알루미늄에 첨가하는 방법

Info

Publication number: KR930008796B1
Application number: KR1019900016193A
Authority: KR
Inventors: 고시오 오오야마; 마사기 스미다
Original assignee: 니혼긴조구 가가꾸 가부시기가이샤; 오오마지 도시고
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1990-10-12
Publication date: 1993-09-15
Also published as: JPH0611891B2; US5069875A; KR910008152A; DE69003649D1; EP0423912B1; EP0423912A1; DE69003649T2; JPH03130330A

Abstract

내용 없음.

Description

규소를 알루미늄에 첨가하는 방법

제 1 도는 알루미늄에 첨가할 경우에 본 발명에서 사용하는 플락스(Flux)의 첨가 유무에 따른 수율(收率)(Yield)의 차를 나타낸 곡선도.

[산업상의 이용분야]

본 발명은 순 알루미늄 및 알루미늄합금에 규소를 첨가하는 방법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래부터 알루미늄과 규소의 합금은 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 그 제조방법은 당초 주조(鑄造) 메이커가 순 알루미늄에 필요성분을 첨가하고 있어서다. 그후 업계의 분업화가 진행되고 합금바탕쇠 전문 메이커가 제조하게 되었는데, 분석장치의 저가격화 및 용해설비의 발달에 의한 용해작업의 합리화에 의해 또 다시 주조메이커가 제조하는 것이 주목되게 되었다. 그 구체적인 첨가방법은 아래의 두가지이다.

A) 규소의 단독첨가.

B) 알루미늄-규소 모(母) 합금에 의한 첨가.

[발명이 해결하려는 과제]

그러나, A)의 방법으로서는 규소의 용량 온도가 높으므로(1414℃), 용융온도를 장시간에 걸처 고온상태로 유지하는 것이 큰 일이었다. 이것은 용량코스트의 상승을 초래하고 더욱이 현장작업을 곤란하게 하는 것이었다. 또한, 규소표면이 몹시 산화되어 있는 경우 또는 고온상태에서 규소의 산화반응이 촉진되었을 경우에는 규소의 수율(收率 Yield)을 악화시키게 된다. 또한, 불순물의 문제가 발생한다. 이것은 규소를 제조할때에 사용하는 환원제중의 알카리금속등이 규산염의 용재(溶滓)가 되거나 또는 미반응의 규석이 규소중에 잔류하는 것이다. 또한, 탄화규소(Sic)로서 대단히 단단한 화합물이 잔류하는 일이 많아 불순물을 제거할 필요가 있다. B)의 알루미늄-규소모합금중의 규소량이 20 내지 25중량%임으로, 알루미늄-규소모합금의 참가총량이 많아져서, 원재료비의 코스트 상승으로 되어있다. 또한, 첨가총량의 증가는 용량의 온도강하를 일으켜 용해코스트의 상승이 된다.

알루미늄합금용 첨가 금속으로서는 규소외에 각종 금속이 흔히 사용되고 있는데, 대부분은 알루미늄보다 비중이 크므로 용해알루미늄중에 첨가하기 쉽다. 예컨데, Mn(망간)은 비중이 7.2나 되어, 알루미늄의 비중 2.7에 비해 3배 가까이 되고, 알루미늄보다 비중이 작은 규소(2.4)에 비해 훨씬 첨가하기 쉬운 것이다. 그리고, 알루미늄의 융점(660.2℃)에 비해 망간의 융점은 높은(1245℃)데, 규소의 융점이 보다 높은 (1414℃)것도 첨가를 어렵게 하고 있는 요인으로 사료된다.

본 발명은 저온의 알루미늄 용해온도에서 규소의 첨가를 가능하게 하고, 휼륭한 수율(收率)로서 규소를 알루미늄에 첨가하는 방법을 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 규소를 알루미늄에 첨가하는 방법은 직경 2mm이상 50mm이하 의 규소와 식 XaMFb(여기에 X는 Na 또는 K, M은 AL, Ti 또는 Zr, F는 불소, a는 1-3의 정수, b는 1-6의 정수)로 표시되는 적어도 1종을 포함하는 규소에 대하여 8중량%의 플락스(Flux)를 알루미늄 용량중에 첨가하는 것 및 직경 2mm 이상 50mm이하의 규소의 표면에 식 XaMFb(여기에 X는 Na 또는 K, M은 AL, Ti 또는 Zr, F는 불소, a는 1-3의 정수, b는 1-6의 정수)로 표시되는 적어도 1종을 포함하는 규소에 대하여 3중량%의 플락스의 일부를 코팅한 것과 나머지의 규소에 대하여 5중량%의 플락스를 알루미늄 용량중에 투입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서는 상기식에서 표시되는 적어도 1종의 플락스 단독을 사용하여도 좋고, 또 상기식에서 표시되는 플락스와 다른 플락스와의 혼합물을 사용하여도 좋다. 다른 플락스로서는 MaF, Nacl, Kcl, AlF₃, KF, MgF₂, CaF₂, AlCl₃, CaCl₂, MgCl₂, C₂Cl₆, K₂CO₃, Na₂CO₃, CaCO₃, KNO₃, K₂SO₄, Na₂SO₄등을 사용할 수가 있다. 규소의 직경이 2mm미만이면, 규소의 비표면적이 대단히 많아짐으로 산화하기 쉬울뿐만 아니라, 용해반응한 플락스를 흡착하여 충분한 플락스의 반응을 얻을 수 없다.

또한, 규소의 입도(粒度)가 적으면, 알루미늄 용량위에 가만히 놓았을 경우, 알루미늄 용량 표면에 부유하여 상기 산화반응만 진행하며, 결과적으로 수율의 악화를 초래한다. 반대로, 규소의 직경이 50mm를 넘으면, 규소의 용융까지의 시간이 길어져, 수율도 나쁘다. 규소의 첨가 방법으로서는 규소의 표면에 플락스를 코팅하여 알루미늄 용량중에 투입하는 방법, 규소의 표면에 플락스의 일부를 코팅하고 나머지 플락스와 동시에 알루미늄 용량중에 투입하는 방법, 알루미늄 용량위에 플락스를 살포하고, 플락스가 용융상태가 된후, 규소를 투입하는 방법, 규소와 플락스와를 동시에 알루미늄 용량중에 투입하는 방법, 규소와 플락스를 혼합성형하여 알루미늄 용량중에 투입하는 방법, 상기 방법과 동시에 알루미늄 용량을 교반하는 방법등 여러 가지가 있다.

[작 용]

본 발명은 직경 2mm이상 50mm이하의 규소를 사용하고 또한 상기식에서 표시되는 플락스를 사용하고 있으므로 신속히 용융하여 알루미늄 용량중에 규소가 도입되기 쉽다. 따라서, 알루미늄 및 규소의 산화를 방지하고, 수율을 향상시킬 수가 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 플락스의 작용에 의해 불순물과 결합하여, 그것을 제거하기 쉽게하고, 환원작용에 의한 산화물의 환원을 할 수 있게 된다. 또한, 규소의 표면에 플락스를 코팅한 것과 플락스를 알루미늄 용량중에 투입한 경우에는 규소의 표면에 코팅한 플락스로 규소의 산화가 방지되며, 알루미늄 용량중에 투입된 플락스로 알루미늄의 산화가 방지됨으로 수율의 향상이 이루어진다.

결국 본원 발명은 특정원소에 한정한 플락스를 특별히 사용함으로써 저온도의 알루미늄 용해온도에서 규소의 첨가를 가능하게하며, 높은 수율로 규소를 알루미늄에 첨가 하는 것을 가능하게 하는 것이다.

[실시예]

① 플락스의 첨가효과 ② 첨가 플락스의 내용 ③ 금속규소의 입경(粒經) ④ 금속규소의 첨가방법에 관하여 각각 아래 1-4의 실시예를 행하였다.

① 플락스의 첨가 효과

[실시예 1]

순도 99.85%의 알루미늄을 용해 중량 93Kg로 용해하고, 690℃로 유지한 뒤, 알루미늄 용량표면에 입도(粒度) 2 내지 15mm의 금속규소 7Kg 및 금속규소에 대하여 8중량%의 플락스(30% NaCl+30% KCl+20% KAlF+20% K₂TiF₆)를 넓혀서 1분간 가만히 놓았다. 또한, 금속규소 첨가전에 샘플링을 하였다. 그리고, 용량표면을 포스포라이저로 10번 두드린 뒤 제 1 회째의 샘플링을 하였다. 또한 1분간 가만히 놓아둔 뒤 전회와 똑같이 용량표면을 포스포라이저로 10번 두드린 뒤 제 2 회째의 샘플링을 하였다. 그 뒤, 3분간 가만히 놓아둔 뒤 용량 표면을 10번 두드린다. 불순물을 제거하여 제 3 회째의 샘플링을 하였다.

[비교예 1]

플락스를 넣지 않고, 금속규소만을 알루미늄 용량에 혼합한 외는 실시예 1과 똑같이 하였다. 각 샘플링한 테스트피이스의 분석은 발광분광 분석으로, 하고, 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 수율을 다음 계산식으로 산출하였다.

TP : 각 테스트피이스의 규소분석치.

TPO : 규소첨가전의 알루미늄에 관한 규소분석치.

상기 분석 결과를 표 1에 표시하고, 이것을 도표로 나타낸 것이 제 1 도이다. 또한 제 1 도에서 곡선 1 및 2는 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 각각의 결과를 표시한다.

[표 1]

이상의 결과에서 플락스를 사용하면, 사용하지 않을 경우에 비해 첨가 1분후에는 벌써 90% 이상의 수율의 향상을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

② 첨가 플락스의 내용

[실시예 2 및 비교예 2]

아래 a)-n)까지의 플락스(560g)를 사용하여 실시예 1과 똑같은 방법으로 각 테스트피이스를 체취하고 각각의 경우에 관한 수율(%)을 측정하고, 그 결과를 표 2에 표시한다.

상기식에 있어서의 상기식에 있어서의

X원소의 주기 M원소의 주기

a) 100%KAlF₄4 Ⅲ

b) 100%K₂TiF₆4 Ⅳ

c) 100%K₂ZrF₆4 Ⅳ

d) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%Na₃AlF₆3 Ⅲ

e) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%K₃AlF₆4 Ⅲ

f) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%KAlF₄4 Ⅲ

g) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%Na₂TiF₆3 Ⅳ

h) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%Na₂ZrF 3 Ⅳ

i) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%K₂TiF₆4 Ⅳ

j) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%K₂ZrF₆4 Ⅳ

k) 40%NaCl+30%KCl+30%NaF - -

l) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%KPF₆4 Ⅴ

m) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%AgSbF₆5 Ⅴ

n) 30%NaCl+20%KCl+20%NaF+30%NH₄PF₆- Ⅴ

[표 2]

표 2의 결과에서 a)-j)가 좋은 결과를 얻은 것을 알 수 있다.

이것으로 첨가하는 불화물(弗化物) 플락스는 상기식에서 X가 제3, 제 4 주기 및 M가 제III족, 제IV족의 것이라는 것 및 상기식에서 표시되는 플락스 단독으로도 다른 플락스와의 혼합물을 사용하여도 좋다는 것이 판명되었다.

③ 규소의 입경(粒經)

[실시예 3]

플락스로서 실시예 2의 i)를 사용하여 규소의 입경을 표 3와 같이한 이외는 실시예 1과 똑같은 방법으로 각 테스트피이스를 채취하고, 각각의 경우에 관한 수율(%)을 측정하여 그 결과를 표 3에 표시한다.

[표 3]

표 3에서 첨가하는 규소의 입경은 규소의 알루미늄에 대한 첨가 수율에 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

즉, 2mm미만이면, 첨가 30분후도 수율 25%까지 밖에 도달하지 않고 있다. 이것은 대체로 알루미늄보다도 비중이 작고 스스로 알루미늄속에 녹지 않은 금속규소에 있어서 2mm 미만이면 알루미늄 용량표면에 뜬체로 용이하게 반응하는 일이 없으며, 그 사이에 금속규소의 산화가 진행되고, 수율의 나쁜 결과로 된다고 생각된다.

금속규소의 입경이 2-50mm이면, 상기에 비해 금속규소의 수율이 현저하게 향상된다. 이것은 금속규소의 표면적이 감소함으로 금속규소의 산화가 방지되며, 용융 반응한 플락스의 효과가 크게되며, 금속규소는 신속히 용융 알루미늄속에 도입되기 때문이라고 사료된다. 또한, 금속규소의 입경 50mm를 초과하면 플락스의 용융반응이 끝난 시점에서도 전체의 용융에 이르지 않고 남아서 플락스의 효과는 전혀 볼 수 없는 것이다. 따라서, 규소를 알루미늄에 첨가할 경우의 규소의 알지름은 2-50mm가 적합하다고 할 수 있다.

④ 규소의 첨가방법

[실시예 4]

규소의 입경은 2-15mm의 것을 사용하여, 아래의 가)-라)의 규소 첨가방법을 사용한 이외는 실시예 1과 똑같은 방법으로 각 테스트피이스를 채취하였다.

가) 금속규소의 표면에 금속규소에 대하여 3중량%의 플락스를 코팅한 것과 5중량%의 플락스를 동시에 알루미늄 용량속에 투입.

나) 금속규소와 8중량%의 플락스를 동시에 알루미늄 용량속에 투입.

다) 금속규소에 대하여 8중량%의 플락스를 알루미늄 용량위에 살포하고, 플락스위의 용융상태로 된 뒤, 용융 플락스위에 금속규소를 투입

라) 알루미늄 용량위에 금속규소를 가만히 놓은 뒤, 금속규소전체에 8중량%의 플락스를 살포한다.

마) 알루미늄 용량을 교반장치로 회전시킨 상태에서 실시예 4의 가)의 방법의 것을 투입하였다.

결과를 표 4에 표시한다.

[표 4]

이 결과에서 플락스의 첨가 방법으로서는 가)의 방법이 바람직하고, 마)의 알루미늄 용량 전체가 회전하고 있는 상태가 더욱 혼합시간을 단축시키는 결과로 되었으므로 알루미늄쪽의 조건으로서는, 알루미늄 용량전체가 회전하고 있는 상태가 가장 바람직스러운 것이 판명되었다.

[발명의 효과]

이상에서 본 발명 방법에 의하면, 대개 알루미늄의 융점에서 높은 수율로 규소를 첨가할 수가 있다. 고온설비를 필요로 하지 않으므로, 코스트의 면에서도 본 발명 방법은 다대한 효과를 가져오는 것이다.

Claims

직경 2mm이상 50mm이하의 규소와 식 XaMFb(여기에 X는 Na 또는 K, M은 AL, Ti 또는 Zr, F는 불소, a는 1-3의 정수, b는 1-6의 정수)로 표시되는 적어도 1종을 포함하는 규소에 대하여 8중량%의 플락스와를 알루미늄 용량속에 첨가토록 함을 특징으로 하는 규소를 알루미늄에 첨가하는 방법.
직경 2mm이상 50mm이하의 규소의 표면에 식 XaMFb(여기에 X는 Na 또는 K, M은 AL, Ti 또는 Zr, F는 불소, a는 1-3의 정수, b는 1-6의 정수)로 표시되는 적어도 1종을 포함하는 규소에 대하여 3중량%의 플락스의 일부를 코팅 한것과 나머지 규소에 대하여 5중량%의 플락스와를 알루미늄 용량속에 투입하는 것을 특징으로 하는 규소를 알루미늄에 첨가하는 방법.